(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に複数の磁極が設けられた回転子と、
前記回転子に空隙を介して配置された固定子とを備えた回転電機において、
前記固定子は、第1の三相交流系と第２の三相交流系とを有し、
前記第１の三相交流系は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルから構成され、
前記第２の三相交流系は、前記第１の三相交流系を構成するものとは異なるＵ相コイル
、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルから構成され、かつ前記第１の三相交流系と並列に接続され、
前記第１の三相交流系と前記第２の三相交流系は、前記第１の三相交流系と前記第２の
三相交流系との電機角の差が２０度から４０度以内になるように設けられ、
前記固定子は、前記回転子の磁極がなす電気角３６０度以内に、ティースと第１のコイ
ルターンと前記第１のコイルターンに直列かつ逆極性をなす第２のコイルターンとによっ
て形成される２の同相の固定子磁極を有し、
前記第１のコイルターンと前記第２のコイルターンは、それぞれ周方向角度幅が電気角
１８０度よりも小さく巻回され、前記第１のコイルターンと前記第２のコイルターンの間
に他相の固定子磁極の一部を形成するティースを挟んで設けられ、
前記固定子は、コイルをその周方向角度幅が電気角１２０度をなすように巻回して正巻
きの前記固定子磁極を構成し、当該コイルが最後に挿入されたスロットから電気角２４０
度離れたスロットに当該コイルを挿入して前記正巻きの固定子磁極を構成する前記第１の
コイルターンと同じ向きにコイルを巻回して次の正巻きの前記固定子磁極を構成するとと
もに、前記電気角２４０度内に、前記正巻きの固定子磁極とは位相が１８０度ずれるよう
に、コイルをその周方向角度幅が電気角１２０度をなすように前記正巻きの前記固定子磁
極とは逆巻きに巻回して逆巻きの固定子磁極を構成し、当該コイルが最後に挿入されたス
ロットから電気角２４０度離れたスロットに当該コイルを挿入して、当該スロットから、
前記逆巻きの固定子磁極を構成する前記第２のコイルターンと同じ向きにコイルを巻回し
て次の逆巻きの前記固定子磁極を構成した回転電機。
【請求項２】
請求項１記載の回転電機であって、
前記正巻きのコイル及び前記逆巻きのコイルとは異なる他のコイルを、正巻きおよび逆
巻きの前記第１のコイルターン及び前記第２のコイルターンそれぞれが挿入されている２
つのスロットのいずれか一方に挿入するとともに、電気角１８０度の位相差をなす波巻に
巻回した回転電機。
【請求項３】
周方向に複数の磁極が設けられた回転子と、
前記回転子に空隙を介して配置された固定子とを備えた回転電機において、
前記固定子は、第1の三相交流系と第２の三相交流系とを有し、
前記第１の三相交流系は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルから構成され、
前記第２の三相交流系は、前記第１の三相交流系を構成するものとは異なるＵ相コイル
、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルから構成され、かつ前記第１の三相交流系と並列に接続され、
前記第１の三相交流系と前記第２の三相交流系は、前記第１の三相交流系と前記第２の
三相交流系との電機角の差が２０度から４０度以内になるように設けられ、
前記固定子は、前記回転子の磁極がなす電気角３６０度以内に、ティースと第１のコイ
ルターンと前記第１のコイルターンに直列かつ逆極性をなす第２のコイルターンとによっ
て形成される２の同相の固定子磁極を有し、
前記第１のコイルターンと前記第２のコイルターンは、それぞれ周方向角度幅が電気角
１８０度よりも小さく巻回され、前記第１のコイルターンと前記第２のコイルターンの間
に他相の固定子磁極の一部を形成するティースを挟んで設けられ、
前記固定子は、コイルをその周方向角度幅が電気角１２０度をなすように波巻に巻回し
て正巻きの前記固定子磁極を構成し、当該コイルが最後に挿入されたスロットから電気角
２４０度離れたスロットに当該コイルを挿入して、前記正巻きの固定子磁極を構成する前
記第１のコイルターンと同じ向きに前記コイルを波巻に巻回して次の正巻きの前記固定子
磁極を構成するとともに、前記正巻きのコイルで越えた電気角２４０度内に、前記正巻き
の固定子磁極とは位相が１８０度ずれるように、コイルをその周方向角度幅が電気角１２
０度をなすようにコイルを前記正巻きの前記固定子磁極とは逆巻きに波巻に巻回して逆巻
きの固定子磁極を構成し、当該コイルが最後に挿入されたスロットから電気角２４０度離
れたスロットに当該コイルを挿入して、前記逆巻きの固定子磁極を構成する前記第２のコ
イルターンと同じ向きに前記コイルを波巻に巻回して次の逆巻きの前記固定子磁極を構成
した回転電機。
【請求項４】
周方向に複数の磁極が設けられた回転子と、
前記回転子に空隙を介して配置された固定子とを備えた回転電機において、
前記固定子は、第1の三相交流系と第２の三相交流系とを有し、
前記第１の三相交流系は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルから構成され、
前記第２の三相交流系は、前記第１の三相交流系を構成するものとは異なるＵ相コイル
、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルから構成され、かつ前記第１の三相交流系と並列に接続され、
前記第１の三相交流系と前記第２の三相交流系は、前記第１の三相交流系と前記第２の
三相交流系との電機角の差が２０度から４０度以内になるように設けられ、
前記固定子は、前記回転子の磁極がなす電気角３６０度以内に、ティースと第１のコイ
ルターンと前記第１のコイルターンに直列かつ逆極性をなす第２のコイルターンとによっ
て形成される２の同相の固定子磁極を有し、
前記第１のコイルターンと前記第２のコイルターンは、それぞれ周方向角度幅が電気角
１８０度よりも小さく巻回され、前記第１のコイルターンと前記第２のコイルターンの間
に他相の固定子磁極の一部を形成するティースを挟んで設けられ、
前記固定子は、コイルをその周方向角度幅が電気角１５０度をなすように巻回して正巻
きの前記固定子磁極を構成し、当該コイルが最後に挿入されたスロットから電気角２４０
度離れたスロットに当該コイルを挿入して前記正巻きの固定子磁極を構成する前記第１の
コイルターンと同じ向きにコイルを巻回して次の正巻きの前記固定子磁極を構成するとと
もに、前記電気角２４０度内に、前記正巻きの固定子磁極とは位相が１５０度ずれるよう
に、コイルをその周方向角度幅が電気角１５０度をなすように前記正巻きの前記固定子磁
極とは逆巻きに巻回して逆巻きの固定子磁極を構成し、当該コイルが最後に挿入されたス
ロットから電気角２４０度離れたスロットに当該コイルを挿入して、当該スロットから、
前記逆巻きの固定子磁極を構成する前記第２のコイルターンと同じ向きにコイルを巻回し
て次の逆巻きの前記固定子磁極を構成した回転電機。
【請求項５】
請求項４記載の回転電機であって、
前記正巻きのコイル及び前記逆巻きのコイルとは異なる他のコイルを、正巻きおよび逆
巻きの前記第１のコイルターン及び前記第２のコイルターンそれぞれが挿入されている２
つのスロットのいずれか一方に挿入するとともに、電気角１８０度の位相差をなす波巻に
巻回した回転電機。
【請求項６】
請求項１記載の回転電機であって、
周方向に複数の磁極が設けられた回転子と、
前記回転子に空隙を介して配置された固定子とを備えた回転電機において、
前記固定子は、第1の三相交流系と第２の三相交流系とを有し、
前記第１の三相交流系は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルから構成され、
前記第２の三相交流系は、前記第１の三相交流系を構成するものとは異なるＵ相コイル
、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルから構成され、かつ前記第１の三相交流系と並列に接続され、
前記第１の三相交流系と前記第２の三相交流系は、前記第１の三相交流系と前記第２の
三相交流系との電機角の差が２０度から４０度以内になるように設けられ、
前記固定子は、前記回転子の磁極がなす電気角３６０度以内に、ティースと第１のコイ
ルターンと前記第１のコイルターンに直列かつ逆極性をなす第２のコイルターンとによっ
て形成される２の同相の固定子磁極を有し、
前記第１のコイルターンと前記第２のコイルターンは、それぞれ周方向角度幅が電気角
１８０度よりも小さく巻回され、前記第１のコイルターンと前記第２のコイルターンの間
に他相の固定子磁極の一部を形成するティースを挟んで設けられ、
前記固定子は、コイルをその周方向角度幅が電気角１５０度をなすように波巻に巻回し
て正巻きの前記固定子磁極を構成し、当該コイルが最後に挿入されたスロットから電気角
２４０度離れたスロットに当該コイルを挿入して、前記正巻きの固定子磁極を構成する前
記第１のコイルターンと同じ向きに前記コイルを波巻に巻回して次の正巻きの前記固定子
磁極を構成するとともに、前記正巻きのコイルで越えた電気角２４０度内に、前記正巻き
の固定子磁極とは位相が１８０度ずれるように、コイルをその周方向角度幅が電気角１５
０度をなすようにコイルを前記正巻きの前記固定子磁極とは逆巻きに波巻に巻回して逆巻
きの固定子磁極を構成し、当該コイルが最後に挿入されたスロットから電気角２４０度離
れたスロットに当該コイルを挿入して、前記逆巻きの固定子磁極を構成する前記第２のコ
イルターンと同じ向きに前記コイルを波巻に巻回して次の逆巻きの前記固定子磁極を構成
した回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の固定子コイルの構造として、分布巻，集中巻などの方式が知られている。
【０００３】
その中で、回転子の磁極ピッチに対し、固定子コアのティースに短節重ね巻きした３個の固定子コイルを三相結線した第１三相結線コイルと、第１三相結線コイルの各固定子コイルに対してそれぞれ電気角で６０度ずつずらして、ティースに３個の固定子コイルを短節重ね巻するとともに、第１三相結線コイルと同一の結線態様で結線した第２三相結線コイルとからなる巻線構造が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１６５４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
昨今のエネルギー問題に鑑み、回転電機も高効率化が求められている。しかし、上記技術は原理的に集中巻であるため、１相分の固定子コイルは、ロータとの鎖交磁束のうち電気角で１２０度領域しか利用せず、電気角３６０度領域にわたり利用している分布巻に対して、さらに高い効率を得ることが困難に成りつつある。
【０００６】
一方分布巻は、全節巻きと短節巻きがあるが、いずれも実質電気角で１８０度にわたってコイルを巻き、残りの１８０度を反対向きに巻くことにより、固定子のティースには全ての相のコイルが巻かれた構造になっている。従って、コイルに流れた電流が誘起する磁束が自己のコイルに鎖交する鎖交磁束量が多くなり、コイルのインダクタンスは比較的大きい値となる。このため、発電機では高速回転領域での発電電流が抑えられ、モータではコイル電流の制御応答性が悪化する。
【０００７】
本発明の目的は、回転電機の電気的特性を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、周方向に複数の磁極が設けられた回転子と、前記回転子に空隙を介して配置された固定子とを備えた回転電機において、前記固定子は、第1の三相交流系と第２の三相交流系とを有し、前記第１の三相交流系は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルから構成され、前記第２の三相交流系は、前記第１の三相交流系を構成するものとは異なるＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルから構成され、かつ前記第１の三相交流系と並列に接続され、前記第１の三相交流系と前記第２の三相交流系は、前記第１の三相交流系と前記第２の三相交流系との電機角の差が２０度から４０度以内になるように設けられ、前記固定子は、前記回転子の磁極がなす電気角３６０度以内に、ティースと第１のコイルターンと前記第１のコイルターンに直列かつ逆極性をなす第２のコイルターンとによって形成される２の同相の固定子磁極を有し、前記第１のコイルターンと前記第２のコイルターンは、それぞれ周方向角度幅が電気角１８０度よりも小さく巻回され、前記第１のコイルターンと前記第２のコイルターンの間に他相の固定子磁極の一部を形成するティースを挟んで設けられ、前記固定子は、コイルをその周方向角度幅が電気角１２０度をなすように巻回して正巻きの前記固定子磁極を構成し、当該コイルが最後に挿入されたスロットから電気角２４０度離れたスロットに当該コイルを挿入して前記正巻きの固定子磁極を構成する前記第１のコイルターンと同じ向きにコイルを巻回して次の正巻きの前記固定子磁極を構成するとともに、前記電気角２４０度内に、前記正巻きの固定子磁極とは位相が１８０度ずれるように、コイルをその周方向角度幅が電気角１２０度をなすように前記正巻きの前記固定子磁極とは逆巻きに巻回して逆巻きの固定子磁極を構成し、当該コイルが最後に挿入されたスロットから電気角２４０度離れたスロットに当該コイルを挿入して、当該スロットから、前記逆巻きの固定子磁極を構成する前記第２のコイルターンと同じ向きにコイルを巻回して次の逆巻きの前記固定子磁極を構成したことである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、回転電機の電気的特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例をなす回転電機の概念図を示す。
【図２】本発明の一実施例をなす回転電機の概念図を示す。
【図３】本発明の一実施例をなす回転電機のコイルの巻き方の例を示す。
【図４】本発明の一実施例をなす回転電機のコイルの巻き方の例を示す。
【図５】本発明の一実施例をなす回転電機のコイルの巻き方の例を示す。
【図６】本発明の一実施例をなす回転電機のコイルの巻き方の例を示す。
【図７】本発明の一実施例をなす回転電機のコイルの巻き方の例を示す。
【図８】本発明の一実施例をなす回転電機のコイルの巻き方の例を示す。
【図９】本発明の一実施例をなす回転電機のコイルの巻き方の例を示す。
【図１０】本発明の一実施例をなす回転電機の概念図を示す。
【図１１】本発明の一実施例をなす回転電機の概念図を示す。
【図１２】図１１の変形例を示す。
【図１３】図１１の変形例を示す。
【図１４】本発明の一実施例をなす回転電機の概念図を示す。
【図１５】図１４のＵ相の巻線図を示す。
【図１６】図１５のフェザー図を示す。
【図１７】本発明の一実施例をなす回転電機の概念図を示す。
【図１８】図１７のＵ相の巻線図を示す。
【図１９】図１８のフェザー図を示す。
【図２０】本発明の一実施例をなす回転電機の概念図を示す。
【図２１】図２０のＵ相の巻線図を示す。
【図２２】図２１のフェザー図を示す。
【図２３】本発明の一実施例をなす回転電機の概念図を示す。
【図２４】図２３のフェザー図を示す。
【図２５】本発明の一実施例をなす空冷式の車両用交流発電機１００の断面図を示す。
【図２６】図２５で示した巻線で構成される三相整流回路を示す。
【図２７】図２の実施例の模式図を示す。
【図２８】本発明の一実施例をなす回転電機の概念図を示す。
【図２９】本発明の一実施例をなす回転電機の概念図を示す。
【図３０】本発明の一実施例をなす回転電機のコイルの巻き方の例を示す。
【図３１】本発明の一実施例をなす回転電機のコイルの巻き方の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に示す実施の形態は、モータ，発電機、およびその双方の機能を有するモータジェネレータなどの回転電機に関するものであり、電力電機用，産業用，家電用，自動車用などに幅広く使用される。
【００１２】
発電機やモータなどの回転電機は、誘導電動機，永久磁石同期電動機，直流整流子モータなど、種々の形式のモータ，発電機がある。これらの回転電機を、例えば発電機として使用する場合、固定子や回転子を巻線と鉄心で構成し、回転子に巻かれた巻線に直流電流を流す、または回転子に永久磁石を備えることにより、回転子に磁気を与え、この回転子を回転させることにより、固定子に回転磁界を発生することで、固定子に巻かれたコイルに起磁力を得ることで発電する。
【００１３】
回転電機の固定子コイルは、固定子の磁極をなすティースに巻く方式として、分布巻と集中巻がある。
【００１４】
分布巻には全節巻きと短節巻きがあるが、いずれも実質電気角で１８０度にわたってコイルを巻き、残りの１８０度を反対向きに巻く。固定子のティースには全ての相のコイルが巻かれた構造である。分布巻の場合、コイルに流れた電流が誘起する磁束は、すべて自己のコイルを鎖交する、すなわち１つのコイルターンで誘起される磁束は必ず隣接する同相のコイルターンを鎖交するために、コイルのインダクタンスは比較的大きなものになる。このため、発電機では発電電流が小さくなり、モータではコイル電流の制御応答性が悪化する。
【００１５】
一方、集中巻は、各相ごとにコイルは完全に分離されており、個別にティースに巻かれている。各コイルが回転子から受け取る磁束は、電気角３６０度領域において、概ね相数分の１になってしまう。例えば三相交流系では、概ね１／３になってしまう。このため、鎖交磁束を高めるために、コイルの巻き数を増やす必要があり、これにより、コイルインダクタンスが増加してしまい、集中巻きにおいても、分布巻きと同様に、発電機では発電電流が小さくなり、モータではコイル電流の制御応答性が悪化する。
【００１６】
さらに集中巻きでは、固定子コイルに流れる電流による電機子反作用による電磁力高調波成分が多く、回転中における騒音が比較的大きいという問題がある。騒音の主原因のひとつである６次の時間高調波成分を打ち消すために、２つの三相系を用い、その位相差φを概ね３０度とすることによって、６次の時間高調波成分を打ち消すことができる。上述した従来技術の位相差φは６０度であるため、騒音の主原因のひとつである６次の時間高調波成分を低減することは困難である。
【００１７】
また、上述した従来技術は、原理的に集中巻であるため、１相分の固定子コイルは、発電機の場合、ロータから供給される鎖交磁束のうち電気角で１２０度領域のものしか利用できていない。分布巻が電気角３６０度領域にわたり利用しているのに対して、三相系集中巻は部分的にしか利用していないのである。
【００１８】
以下の実施の形態によれば、固定子端部に配置されるコイルリターンの肥大化を抑えることにより銅損を低く抑えることができるため、回転電機の運転効率を高めることができる。
【００１９】
また以下の実施の形態によれば、集中巻よりも高調波電磁力成分を比較的小さく抑えることができるため、低騒音化の効果が得られる。
【００２０】
また以下の実施の形態によれば、同じ誘起電圧を得る体系、すなわち回転子側との相互インダクタンスを同じにした体系で、コイルの自己インダクタンスを分布巻や集中巻に比べて低く抑えることができる。なぜならば、全領域にコイル巻きしている分布巻と違って、以下の実施の形態では１相分のコイルは電気角３６０度のうちの一部しか利用していないので、コイル自身が作る鎖交磁束の一部しかコイル自身と鎖交しないためである。また、集中巻では固定コイルと回転子磁極との対向面積が本発明の半分であるため、誘起電圧を上げるためにコイルターン数を増やす必要があり、コイルインダクタンスはコイルターン数の二乗で増大するため、必然的にコイルインダクタンスが増大する。本実施形態では、コイルの自己インダクタンスを低く抑えることができるため、モータとして使う場合、コイル電流の制御特性が高められ、また、発電機として使う場合、発電特性も高めることができる。
【００２１】
また以下の実施の形態によれば、２０００rpm以下の低回転域から１５０００rpm以上の高回転域までの広い範囲で使用される自動車用交流発電機において非常に良好な電気的特性を得ることができる。自動車用交流発電機は自動車の走行に使用される内燃機関の回転エネルギーに基づいて電力を発生する。使用される回転域が非常に広いため、高速回転域において固定子コイルのインダクタンスに基づくインピーダンスが増大し、出力電流が抑えられる問題がある。この減少は効率低下にも結び付く。以下の実施の形態ではインダクタンスの増加が抑えられ、高速回転域において電流の出力特性が改善される。
【００２２】
上記説明では、電気的な作成の改善について説明したが、以下の実施の形態ではさらに上記とは異なる課題の解決が可能で上記とは異なる効果を奏する。以下の実施の形態によれば、固定子巻線の巻数が少なく、自動車用交流発電機に適用した場合に生産性が向上する。すなわち自動車用交流発電機は車両に搭載されるため、小型化の要求が強い。以下の実施の形態では固定子の巻数を少なくできるので、小型化の要求に沿って固定子を小型化した場合であっても、生産性に優れている。また従来の方式に比べ固定子の巻数を少なくできるため、小型化のニーズに沿うことが容易となる。
【００２３】
以下の実施の形態では固定子巻線の接続点数が増えないため、生産性に優れ、また高い信頼性を得ることができる。特に自動車用交流発電機では車体の振動や内燃機関の振動が伝わり易い環境で使用される。また、マイナスの温度から高温まで変化する温度変化の激しい環境で使用される。このため溶接などの接続点が多くないことが望ましい。さらには、コイルのターン数が少なく、コイルの露出面積が大きいため、コイルが他のコイルに埋もれることによって生じる熱のこもりなどを回避しやすくなり、耐熱性の面でも優れている。このような観点から以下の実施の形態は自動車用交流発電機に非常に適している。
【００２４】
以下、本発明の実施例をなす実施の形態を、図面を用いて説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施例をなす回転電機の概念図を示す。回転電機の一部を直線状に展開して示したものである。
【００２６】
回転子１および固定子２から構成され、回転子１には複数の回転子磁極１１が装備され、固定子２には固定子の磁極を形成する複数のティース２１が装備されており、複数のティース２１にはＵ相コイル３１，Ｖ相コイル３２，Ｗ相コイル３３が巻かれている。ここで、Ｖ相コイルとはＵ相コイルを流れる交流電流に対して位相が１２０度遅れた（２４０度進んだ）交流電流が流れるコイルと定義する。また、Ｗ相コイルとはＵ相コイルを流れる交流電流に対して位相が２４０度遅れた（１２０度進んだ）交流電流が流れるコイルと定義する。回転子１の回転方向を図１において矢印方向で示してある。
【００２７】
実線はコイルが正巻き（ティースを内径側から見て時計方向巻き）されており、点線はそれとは反対の逆巻き（ティースを内径側から見て反時計方向巻き）されていることを意味する。図１には正巻きのコイルを回転子から遠い位置に巻いた場合を載せてあるが、回転子から近い位置に巻いても良い。図のように本実施例の固定子コイル構造は、２つの集中巻コイルを互いに電気角１８０度ずれた位置に２重に配置し、それぞれのＵ相コイル，Ｖ相コイル，Ｗ相コイル同士を直列に接続した構造になっている。言い換えれば、固定子２が回転子１に空隙を介して配置され、電気角幅３６０度領域内に、同相のコイルターンによって形成される２つの固定子磁極９１，９２が配置されるようにコイルが巻回され、固定子磁極９１，９２を形成するそれぞれのコイルターンは周方向角度幅が電気角１８０度よりも小さく、２つの固定子磁極９１，９２をなすコイルターンが互いに重ならないように設けられているとともに、個々の固定子磁極９１，９２が互いに逆極性をなすようにコイルターンが巻回されている回転電機である。ここでは、２つの固定子磁極９１，９２をなすコイルターンが互いに電気角１８０度ずらして設けられている。そして、Ｕ，Ｖ，Ｗの３つの相の固定子磁極を構成し、それぞれ電気角６０度ずつずらして配置されている。なお、Ｖ相コイルはＵ相コイルとは逆に巻く。これにより、＋６０度−１８０度＝−１２０度となり、Ｖ相コイルはＵ相コイルよりも位相が１２０度遅れる。また、Ｗ相コイルは、Ｕ相コイルと同じ向きに巻くため、Ｕ相コイルよりも２×６０度＝１２０度位相が進む。また、この実施例では、１つのコイルターンがなす電気角幅は１２０度であり、同相では２つのコイルターンで２４０度の領域、すなわち全体の２／３の数のティースに巻かれている。このようなコイルの巻き方を、以下、「分散巻」と呼ぶことにする。
【００２８】
このため、本実施例における固定子コイルは、電気角３６０度以内に１つの集中巻コイルを設ける集中巻構造に比べて、回転子の磁束と鎖交する各コイルターンの回路面積が２倍であり、コイル利用効率は集中巻の２倍になっている。集中巻と同じ鎖交磁束を得るためには、ティースに巻くコイルターン数は、ある１本のティースに着目した場合、本実施例では、集中巻に比べて半分で済む。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各コイルは、集中巻に比べて２倍に分散されており、さらに、分布巻のように全てのティースにコイルが巻かれた構造ではなく、全体の２／３の数のティースにしか巻かれていない。このため、集中巻や分布巻に比べて、コイルインダクタンスを低く抑えることができる。
【００２９】
さらに本実施例は、集中巻に比べて、コイルが２倍に分散配置されており、Ｕ相コイル，Ｖ相コイル、およびＷ相コイルは半分程度重複しながら巻かれているので、電機子反作用は集中巻に比べて周方向に比較的なめらかに分布することになり、高次の電磁力高調波成分が低減された構造になっている。このため、集中巻に比べると、より静かな回転電機として機能できる。
【００３０】
なお、図１の例は、固定子ティースが電気角６０度毎に１本配置し、コイルターンが電気角度幅１２０度で巻回された構造であるが、固定子ティースを電気角３０度毎に１本配置し、コイルターンを電気角度幅で９０度、あるいは１２０度、もしくは１５０度で巻回された構造にしても同様の効果を持たせることができる。また、以下に示す図２〜図９に示す単一三相系による実施例も、固定子ティースが電気角６０度毎に１本配置し、コイルターンが電気角度幅１２０度で巻回された構造になっているが、固定子ティースを電気角３０度毎に１本配置し、コイルターンを電気角度幅で９０度、あるいは１２０度、もしくは１５０度で巻回された構造にしても同様の効果を持たせることができる。
【００３１】
図２は、本発明の一実施例をなす回転電機の概念図を示す。以下に述べる事項の他は、上記実施例と同様である。
【００３２】
本実施例は、実施例１に対して、固定子コイルの巻き方が異なる。全ての固定子コイルは、ティース２１に対して、それぞれスロットの回転子に近い位置と回転子から遠い位置の２層にわたって斜めに巻かれており、コイルの半径方向位置がすべてのコイルに対して平等に巻かれている。すなわち、各々のコイルターンの２つのスロット挿入部のうち、一方をスロットの回転子に近い位置に、他方をスロットの回転子から遠い位置に配置して、各相のコイルインダクタンスを平均化してある。実施例１では、各相のコイルは、直列接続することでティース２１の半径方向のコイル配置に関して平等になっているが、本実施例では、直列接続する前のすべてのコイルに関して平等になっている。図２７にその模式図を示す。全周期の各１／３の領域におけるコイルの位置が、順に循環するように配置し、全周期でみて各コイルに対して平等になるように配置したものである。
【００３３】
ティース２１の半径方向のコイル配置に関して、各相のコイルが平等になっていることは、均等な三相交流系を構成する上で非常に好ましい。
【００３４】
図３は、本発明の一実施例をなす回転電機のコイルの巻き方の例を示す。
【００３５】
これらの図は回転電機の外側に配置された固定子の半径方向内側から見たときのコイルの巻き方をＵ相，Ｖ相，Ｗ相コイル個別に示している。これらの図はコイルの巻き方をわかりやすく示すために、コイルの太さを無視し、コイル間には隙間をあけて巻き方の概略がわかるように示してある。図面横方向が固定子の周方向に相当する。ここでは電気角３６０度に対して６つのスロット（６つのティース）を設けている。従って、隣り合ったスロット（ティース）は電気角で６０度の位相差がある。
【００３６】
図３の例は、１つの固定子磁極９１を構成するために周方向角度幅が電気角１２０度（ここでは２つのティース２１）をなすようにコイルを２ターン巻回した後、最後に挿入したスロットから電気角１８０度（ここではティース２１を３つ分）離れたスロットに当該コイルを挿入し、当該スロットから、固定子磁極９１を構成するコイルターンとは逆向きに同相のコイルを２ターン巻回して、他の固定子磁極９２を構成したものである。ここで２ターン巻回したとは、コイルが巻回される２つのスロットそれぞれにコイルがそれぞれ２本挿入されていることを意味している。これらのコイルは直列に接続されている。これにより、コイルの全長を最も短くできるため、銅損を大きく減らすことができる。
【００３７】
尚、複数のティース２１間に形成されるスロットに挿入される三相コイルの本数の合計は、各スロットで同一になるように巻いている。このように各スロットでコイル本数を同一にしておけば、コイルを均等に配置でき、コイルの集中がないため、コイルが巻き易く、コイルの通風冷却において、均等に冷却できるという効果がある。同一の本数でなくとも本実施形態における分散巻の構造をとることができることは言うまでもない。
【００３８】
この例は、ひとつのスロットに合計４本のコイルが挿入される。尚、ひとつのスロットに挿入されるコイルの合計本数が偶数の場合は、この実施例を応用することが可能である。
【００３９】
図４は、本発明の一実施例をなす回転電機のコイルの巻き方の例を示す。次に示す事項の他は、上記実施例と同様である。
【００４０】
この例は、１つの固定子磁極９１を構成するために周方向角度幅が電気角１２０度（ここでは２つのティース２１）をなすようにコイルを２.５ターン巻回した後、最後に挿入したスロットから電気角１８０度（ここではティース２１を３つ分）離れたスロットに当該コイルを挿入し、当該スロットから、固定子磁極９１を構成するコイルターンとは逆向きにコイルを同相の２.５ターン巻回して、他の固定子磁極９２を構成したものである。ここで２.５ターン巻回したとは、コイルが挿入される２つのスロットの一方にコイルが２本、他方にコイルが３本挿入されていることを表している。各相すべてのコイルのコイル端部を両側均等に配置できるため、コイル端部の肥大化を防止できる。ここでは２.５ターンの例を示したが、半整数回のターン数であれば、本実施例を適用可能である。
【００４１】
尚、この例は、ひとつのスロットに合計５本のコイルが挿入される。ひとつのスロットに挿入されるコイルの合計本数が奇数の場合、この実施例を応用することが可能である。
【００４２】
図５は、本発明の一実施例をなす回転電機のコイルの巻き方の例を示す。次に示す事項の他は、上記実施例と同様である。図においてコイルに施された矢印は、各相において２つのコイル系の電流のある時刻における向きを表している。
【００４３】
この例は、正巻きコイルと逆巻きコイルを分離して構成した例である。正巻きの固定子磁極９１を構成するためにコイルをその周方向角度幅が電気角１２０度（ここでは２つのティース２１）をなすように巻回して固定子磁極９１を構成し、当該コイルが最後に挿入されたスロットから電気角２４０度（ここではティース２１を４つ分）離れたスロットに当該コイルを挿入し、当該スロットから、固定子磁極９１を構成するコイルターンと同じ向きにコイルを２ターン巻回する。同様に、逆巻きの固定子磁極９２を構成するために、前記正巻きのコイルで越えた電気角２４０度内に、正巻きの固定子磁極９１とは位相が１８０度ずれるように、コイルをその周方向角度幅が電気角１２０度（ここでは２つのティース）に跨ってコイルを前記正巻きの前記固定子磁極とは逆巻きに巻回して逆巻きの固定子磁極９２を構成するとともに、最後に挿入したスロットから電気角２４０度（ここではティース２１を４つ分）離れたスロットから、固定子磁極９２を構成するコイルターンと同じ向きにコイルを巻回して、逆巻きコイルを構成する。
【００４４】
正巻きコイルと逆巻きコイルは直列接続されていることが好ましい。これにより、各相すべてのコイルのコイル端部を両側均等に配置できるため、コイル端部の肥大化を防止でき、またコイルが巻きやすく、量産性に優れている。
【００４５】
尚、この例は、ひとつのスロットに合計４本のコイルが挿入される。ひとつのスロットに挿入するコイルの合計本数が偶数の場合は、この実施例を応用することが可能である。
【００４６】
図６は、本発明の一実施例をなす回転電機のコイルの巻き方の例を示す。次に示す事項の他は、上記実施例と同様である。図においてコイルに施された矢印は、各相において２つのコイル系の電流のある時刻における向きを表している。
【００４７】
この例は、図５の実施例に加え、第三のコイルであるＵ相コイル３１３，Ｖ相コイル３２３，Ｗ相コイル３３３を、正巻きおよび逆巻きのコイルターンそれぞれが挿入されている２つのスロットのいずれか一方に、電気角１８０度の位相差をなす波巻に巻回した例である。言わば分散巻き構造と分布巻き構造のハイブリッドになっており、分布巻きのメリットである高調波低減の特性をやや高めた構造になっている。
【００４８】
尚、この例は、ひとつのスロットに合計５本のコイルが挿入される。ひとつのスロットに挿入するコイルの合計本数が奇数の場合は、この実施例を応用することが可能である。
【００４９】
図７は、本発明の一実施例をなす回転電機のコイルの巻き方の例を示す。次に示す事項の他は、上記実施例と同様である。図においてコイルに施された矢印は、各相において２つのコイル系の電流のある時刻における向きを表している。
【００５０】
図７は、正巻きコイルと逆巻きコイルを分離して構成した別の例である。正巻きの固定子磁極９１を構成するためにコイルをその周方向角度幅が電気角１２０度（ここでは２つのティース２１）をなすようにコイルを波巻に巻回し、当該コイルが最後に挿入されたスロットから電気角２４０度離れた（ここではティース２１を４つ分）スロットから、固定子磁極９１を構成するコイルターンと同じ向きに２つのコイルを波巻に巻回する。同様に、逆巻きの固定子磁極９２を構成するために、前記正巻きのコイルで越えた電気角２４０度内に、正巻きの固定子磁極とは位相が１８０度ずれるように、コイルをその周方向角度幅が電気角１２０度をなすように波巻に巻回し、正巻きの固定子磁極をなす電気角２４０度（ここではティース２１を４つ分）を越えたスロットから、固定子磁極９２を構成するコイルターンと同じ向きに２つのコイルを波巻に巻回して、逆巻きコイルを構成する。２つのコイルは並列接続でも直列接続でも良いが、正巻きコイルと逆巻きコイルは直列接続されていることが好ましい。これにより、各相すべてのコイルのコイル端部を両側均等に配置できるため、コイル端部の肥大化を防止できる。またコイルを巻回するのではなく波巻で構成するので、コイルが巻きやすく、量産性に優れている。
【００５１】
尚、この例は、ひとつのスロットに合計４本のコイルが挿入される。ひとつのスロットに挿入するコイルの合計本数が偶数の場合は、この実施例を応用することが可能である。
【００５２】
図８は、本発明の一実施例をなす回転電機のコイルの巻き方の例を示す。次に示す事項の他は、上記実施例と同様である。図においてコイルに施された矢印は、各相において２つのコイル系の電流のある時刻における向きを表している。
【００５３】
この例は、図７の実施例に加え、第三のコイルであるＵ相コイル３１３，Ｖ相コイル３２３，Ｗ相コイル３３３を、正巻きおよび逆巻きのコイルターンそれぞれが挿入されている２つのスロットのいずれか一方に、電気角１８０度の位相差をなす波巻に巻回した例である。言わば分散巻き構造と分布巻き構造のハイブリッドになっており、分布巻きのメリットである高調波低減の特性をやや高めた構造になっている。
【００５４】
尚、この例は、ひとつのスロットに合計５本のコイルが挿入される。ひとつのスロットに挿入するコイルの合計本数が奇数の場合は、この実施例を応用することが可能である。
【００５５】
図９は、本発明の一実施例をなす回転電機のコイルの巻き方の例を示す。次に示す事項の他は、上記実施例と同様である。図においてコイルに施された矢印は、各相において２つのコイル系の電流のある時刻における向きを表している。
【００５６】
この例は、図７の実施例を変形したものである。逆巻きのコイルの電流方向を逆にし、正巻きまたは逆巻きの一方の渡り線と、他方のコイルターンとの組み合わせによって２つのティース２１を周回するように配置したものである。これにより、２つのティース２１を取り囲むようなループ電流が構成可能である。
【００５７】
尚、この例は、ひとつのスロットに合計４本のコイルが挿入される。ひとつのスロットに挿入するコイルの合計本数が偶数の場合は、この実施例を応用することが可能である。
【００５８】
図１０は、本発明の一実施例をなす回転電機の概念図を示す。以下に述べる事項の他は、上記実施例と同様である。
【００５９】
本実施例では、上記の分散巻構造とダブル三相構造を組み合わせた構造である。すなわち、図１で示した巻線群を２つ設け、互いに位相をずらして配置する。図１０に示すように、ティース２１の本数を電気角３６０度あたり１２本にし、隣接するティース２１間の電気角位相差が３０度になるような構成にする。ティース２１において半径方向外側の部分にひとつの三相交流系（三相系Ａ）の分散巻構造の三相交流系コイルを配置し、半径方向内側の部分にさらにもうひとつの三相交流系（三相系Ｂ）の分散巻構造の三相交流系コイルを配置する。三相系Ｂは三相系Ａに対して電気角で３０度ずれた位置に配置し、並列に接続される。三相系Ａ，Ｂともに各コイルは例えば４本のティースを束ねるように巻く。
【００６０】
図１１は、本発明の一実施例をなす回転電機の概念図を示す。以下に述べる事項の他は、上記実施例と同様である。
【００６１】
三相系Ａの巻線群と三相系Ｂの巻線群は電気回路素子として同等であることが望ましい。これにより、高調波電磁力は効果的に低減でき、また、発電機としてみたときの出力電流が均等になり、合成された出力電流におけるリップルを小さく抑えられる。そこで、図１１に示すように、周方向に巻くコイルを半径方向にずらして斜めになるように配線する。すなわち、三相系Ａの巻線群と三相系Ｂの巻線群は、それぞれ３つの相の固定子磁極を構成し、互いに電気角３０度ずれている相の巻線は、当該相の巻線同士が互いに隣り合ったスロットに巻回されるとともに、コイルエンド部において互いに交わらないようにスロットの回転子に近い位置と回転子から遠い位置にそれぞれ挿入されている。こうすることにより、２つの三相系は互いに平等な電気回路特性を有するようになる。
【００６２】
図１１は各コイルターンが４本のティースを巻く、すなわち周方向に電気角１２０度をなすように巻回されている例を示したが、図１２に示すように３本のティースを巻く、すなわち周方向に電気角９０度をなすように巻回しても良い。また図１３に示すように、５本のティースを巻く、すなわち周方向に電気角１５０度をなすように巻回しても良い。
【００６３】
本実施例のように、分散巻構造の二重三相系を構成し、２つの三相系の電気角位相差を３０度あるいはその近辺に設定することにより、電磁力に関する６次の時間高調波成分を効果的に低減でき、回転電機の騒音を大幅に低減できる。
【００６４】
図１４は、本発明の一実施例をなす回転電機の概念図を示す。以下に述べる事項の他は、上記実施例と同様である。
【００６５】
図１１では、ダブル三相構造をとるために、ティースの数を２倍にしたが、本実施例は、ティースの数はそのままで、すなわち、回転子１磁極当たりのティースが３本のままでダブル三相構造を実現する実施例である。図１４にその一例を示す。基本となる分散巻構造をここでは一部変更してある。図１４の三相系Ａに示すＵ相コイルの実線で示した正巻きコイルは、３本のティースを巻き、逆巻きコイルは、２本のティースを巻く。一方、三相系Ｂに示すＵ相コイルの正巻きコイルは、ティースを２本巻き、逆巻きコイルは、ティースを３本巻く。ともに正巻きコイルと逆巻きコイルは同じスロットを共有し、その位置は三相系Ａと三相系Ｂで同一の場所である。このときのＵ相コイルの巻き線図を図１５に示す。三相系Ａの正巻きコイル３１４と逆巻きコイル３１５，三相系Ｂの正巻きコイル３１７と逆巻きコイル３１６は図１５に示したように波巻き状に巻かれている。このときの正巻きコイルと逆巻きコイルの巻き数は同数である。このときのＵ相コイルが拾う磁束量を位相を考慮してフェザー図で示したのが図１６である。図中の数値６と２は、正巻きコイルと逆巻きコイルの巻き数を２にした場合の磁束量のフェザーの相対的な大きさを示す量であり、ベクトル演算により、三相系Ａと三相系ＢのＵ相コイルが拾う磁束量のフェザーの電気角位相差は２７.８度となる。３０度よりややずれるが、このときの６次の時間高調波電磁加振力成分の低減率は、
（１＋cos（６×２７.８deg））／２＝０.０１３
より、１.３％となり、十分な低減効果が得られ静音化が達成できる。
【００６６】
このように、Ｕ相コイル，Ｖ相コイルおよびＷ相コイルで形成される三相コイル系において、正巻きコイルと逆巻きコイルが巻くティースの数が異なる。本実施例によれば、ティースの数を２倍に増やさないで済むため、コイルが巻きやすいという効果がある。
【００６７】
ここで、ダブル三相系の相対角度が２０度の場合は、
（１＋cos（６×２０deg））／２＝０.２５
４０度の場合は、
（１＋cos（６×４０deg））／２＝０.２５
でともに６次の時間高調波電磁加振力成分の低減率は２５％にすることができる。従って、ダブル三相系の相対角度は、２０〜４０度の領域に設定しておけば、６次の時間高調波電磁加振力成分の低減率を２５％以下に抑えることができる。
【００６８】
同様な考えに基づく他の態様を図１７〜図１９に示す。これは図１５の例に補助コイルを追加した例である。図１８に示すように、コイルはすべて波巻き状に巻かれている。この場合も、６次の時間高調波電磁加振力成分の低減率は同じ値が得られ、上記実施例と同じ効果が得られる。
【００６９】
同様な考えに基づく他の態様を図２０〜図２２に示す。図１７の三相系Ｂを変更した例である。図２１に示すように、コイルはすべて波巻き状に巻かれている。この場合の、６次の時間高調波電磁加振力成分の低減率は、
（１＋cos（６×３２.２deg））／２＝０.０１３
より、前述の実施例と同じ値が得られ、前述の実施例と同じ効果が得られる。
【００７０】
同様な考えに基づく他の態様を図２３に示す。三相系Ａと三相系Ｂのコイルを位置を少しシフトすることにより、三相系Ａと三相系Ｂ間の電気角位相差を３０度近くにもってくることができる。本実施例では、図２４のフェザー図により、三相系Ａと三相系Ｂ間の電気角位相差は、
４３.９−１６.１＝２７.８（deg）
となる。この場合の、６次の時間高調波電磁加振力成分の低減率は、
（１＋cos（６×２７.８deg））／２＝０.０１３
となり、前述の実施例と同じ効果がある。図２３のコイル配置は概念図を示しており、適宜コイルを半径方向に移動して、巻きやすくしても、６次の時間高調波電磁加振力成分は効果的に低減できることは言うまでもない。
【００７１】
上記のいずれの実施例も、電力電機用，産業用，家電用，自動車用などに幅広く使用されるモータ、発電機などの回転電機に適用することが可能である。幅広く様々な分野に応用が期待でき、大きいものでは、風力発電機，自動車駆動用，発電用回転電機，産業用回転電機，中型機では、産業用，自動車用補機などで使用される回転電機、小さいものでは、家電用，ＯＡ用機器などに使用される回転電機への適用が可能である。
【００７２】
例えば発電機に利用した場合の実施例を示す。上記のような二重三相系を構成することにより、よりリップルの少ない発電電流を得ることができる。
【００７３】
図２５は、本発明の一実施例をなす空冷式の車両用交流発電機１００の断面図を示す。回転子１にはシャフトの中心部に爪形磁極１１３とその中心部に界磁巻線１１２が配置される。シャフトの先端にはプーリ１０１が取り付けられており、その反対側には前記界磁巻線に給電するためのスリップリング１０９が設けられている。更に回転子１の爪形磁極１１３の両端面には回転と同期して回転する冷却ファンのフロントファン１０７Ｆとリアファン１０７Ｒから構成されている。また、爪磁極極１１３には永久磁石１１６が配置され界磁巻線磁束を増加させる補助励磁の役目を果たしている。一方、固定子２は固定子磁極９１，９２と固定子巻線から構成され、回転子１と僅かなギャップを介して対向配置されている。固定子２はフロントブラケット１１４とリアブラケット１１５によって保持され、両ブラケットと回転子１はベアリング１０２Ｆおよび１０２Ｒで回転可能に支持されている。先に述べたスリップリング１０９はブラシ１０８と接触し電力を給電される構成となっている。固定子巻線は上記実施例のように三相巻線で構成されており、それぞれの巻線の口出し線は、整流回路１１１に接続されている。整流回路１１１はダイオード等の整流素子から構成され、全波整流回路を構成している。例えばダイオードの場合、カソード端子はターミナル１０６に接続されている。また、アノード側の端子は車両用交流発電機本体に電気的に接続されている。リアカバー１１０は整流回路１１１の保護カバーの役割を果たしている。
【００７４】
次に、発電動作について説明する。エンジン（図示せず）と車両用交流発電機１００は一般的にはベルトで連結されている。車両用交流発電機１００はプーリ１０１でエンジン側とベルトで接続され、エンジンの回転と共に回転子１は回転する。回転子１の爪形磁極１１３の中心部に設けられた界磁巻線１１２に電流が流れることで、この爪形磁極１１３が磁化され、回転することで固定子巻線に三相の誘導起電力が発生する。その電圧は先に述べた整流回路１１１で全波整流され、直流電圧が発生する。この直流電圧のプラス側はターミナル１０６と接続されており、更にバッテリー（図示せず）と接続されている。詳細は省略するが、整流後の直流電圧はバッテリーを充電するのに適した電圧となるように、界磁電流は制御されている。
【００７５】
図２６は、図２５で示した巻線で構成される三相整流回路を示す。図２６（ａ）は図１〜図９の実施例、図２６（ｂ）は図１０以降の実施例に対応する。各相巻線は三相Ｙ結線で接続されている。三相コイルの反中性点側の端子は図示したように６個のダイオードＤ１＋〜Ｄ３−に接続されている。また、プラス側のダイオードのカソードは共通となっており、バッテリーのプラス側に接続されている。マイナス側のダイオード端子のアノード側は同様にバッテリーのマイナス端子に接続されている。
【００７６】
図２６（ｂ）において、電気的に独立した三相巻線のＵ１巻線とＵ２巻線の電圧は等しく電気的位相は３０度ずれているため、電位の大きいところが選択され最終的には３０度幅のリプルとなる。
【００７７】
尚、ここではスター結線の例を示したが、デルタ結線を採用しても良い。デルタ結線を採用した場合は、スター結線の場合に比べてコイル誘起電圧を１１.５％高めることができるという効果が得られる。
【００７８】
尚、上記した実施例は、言い換えれば、単一の三相交流系の電流が流れる固定子コイルと、これを巻きつけるティース、ティースを流れる磁束を還流させるコアバックからなる固定子、およびティースに対向する磁極を有する回転子、で構成される回転電機において、各ティースに巻かれる固定子コイルが、Ｕ相コイルとＶ相コイル、あるいはＶ相コイルとＷ相コイル、もしくはＷ相コイルとＵ相コイルのみである回転電機である。
【００７９】
また、単一の三相交流系の電流が流れる固定子コイルと、これを巻きつけるティース、ティースを流れる磁束を還流させるコアバックからなる固定子、およびティースに対向する磁極を有する回転子、で構成される回転電機において、ティースにおいて半径方向外側の位置にＵ相コイル，Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの集中巻コイル系を配置し、さらに半径方向内側の位置に先に述べた集中巻コイル系とは逆巻きのＵ相コイル，Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの集中巻コイル系を配置し、これら２つの集中巻コイル系を各相毎に直列に接続する回転電機である。
【００８０】
また、Ｕ相コイル，Ｖ相コイルおよびＷ相コイルで形成される三相コイル系を２つもち、それぞれのコイル系統の電気角位相差を略３０度、あるいは２０度から４０度の範囲内に設定した回転電機である。
【００８１】
図２８は、本発明の一実施例をなす回転電機の概念図を示す。回転電機の一部を直線状に展開して示したものである。図２８の上側の図は、回転電機を回転軸方向からみた図であり、下側の図は、内側の回転子側から半径方向外側にみた図になっている。以下に示す事項以外は、上記実施例と同様である。
【００８２】
回転子１および固定子２から構成され、回転子１には複数の回転子磁極１１が装備され、固定子２には固定子の磁極を形成する複数のティース２１が装備されている。ここでは電気角１周期に１２枚のティース２１を有する例について説明する。これらのティース２１には３相コイルが巻かれ、図にはＵ相コイル３１のみを示しており、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルは、電機角で位相が１２０度遅れた位置に巻かれる。固定子のティース２１は、電機角３０度間隔で配置されているので、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルは、Ｕ相コイル３１に対して、固定子のティース２１の４枚分ずらした位置に巻かれる。ここで、Ｖ相コイルとはＵ相コイルを流れる交流電流に対して位相が１２０度遅れた（２４０度進んだ）交流電流が流れるコイルと定義する。また、Ｗ相コイルとはＵ相コイルを流れる交流電流に対して位相が２４０度遅れた（１２０度進んだ）交流電流が流れるコイルと定義する。
【００８３】
実線はコイルが正巻き（ティースを内径側から見て時計方向巻き）されており、点線はそれとは反対の逆巻き（ティースを内径側から見て反時計方向巻き）されていることを意味する。図２８には正巻きのコイルを回転子から遠い位置に巻いた場合を載せてあるが、回転子から近い位置に巻いても良い。図のように本実施例の固定子コイル構造は、２つの集中巻コイルを互いに電気角１８０度ずれた位置に２重に配置し、それぞれのＵ相コイル３１同士を直列に接続した構造になっている。固定子２が回転子１に空隙を介して配置され、電気角幅３６０度領域内に、同相のコイルターンによって形成される６個の磁極を一グループとした２つの固定子磁極９１，９２にコイルが巻回され、固定子磁極９１，９２を形成するそれぞれのコイルターンのうち１ターン分は周方向角度幅が電気角１８０度であり、残りのコイルターンは周方向角度幅が電気角１８０度よりも狭い範囲に巻回されている。図２８の例では、４個のティース２１に巻回された形になっている。本例では４個のティース２１に１ターンのみ巻回された例になっているが、複数ターン巻回してもよい。これら２つの固定子磁極９１，９２をなすコイルターンが互いに重ならないように設けられているとともに、個々の固定子磁極９１，９２が互いに逆極性をなすようにコイルターンが巻回されている回転電機である。
【００８４】
ここでは、２つの固定子磁極９１，９２をなすコイルターンが互いに電気角１８０度ずらして設けられている。そして、Ｕ，Ｖ，Ｗの３つの相の固定子磁極を構成し、それぞれ電気角６０度ずつずらして配置されている（図２８にはＶ、Ｗ相コイルは省略してある。なお、Ｖ相コイルはＵ相コイルよりもティース２１の２枚分ずらして、Ｕ相コイルとは逆に巻く。これにより、＋６０度−１８０度＝−１２０度となり、Ｖ相コイルはＵ相コイルよりも位相が１２０度遅れる。また、Ｗ相コイルは、Ｕ相コイルよりもティース２１の４枚分ずらして、Ｕ相コイルと同じ向きに巻くため、Ｕ相コイルよりも２×６０度＝１２０度位相が進む。
【００８５】
本実施例における固定子コイルは、電気角３６０度以内に１つの集中巻コイルを設ける集中巻構造に比べて、回転子の磁束と鎖交する各コイルターンの回路面積が２倍であり、コイル利用効率は集中巻の２倍になっている。集中巻と同じ鎖交磁束を得るためには、ティースに巻くコイルターン数は、ある１本のティースに着目した場合、本実施例では、集中巻に比べて半分で済む。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各コイルは、集中巻に比べて２倍に分散されており、さらに、分布巻のように一様に全てのティースにコイルが巻かれた構造ではなく、全体にコイルは巻くものの、全体の２／３の数のティースに多重に巻かれ、残りの１／３の数のティースにはコイルは１ターンしか巻かれない。このため、集中巻や分布巻に比べて、コイルインダクタンスを低く抑えることができる。
【００８６】
さらに本実施例は、集中巻に比べて、コイルが２倍に分散配置されており、Ｕ相コイル，Ｖ相コイル、およびＷ相コイルは半分程度重複しながら巻かれているので、電機子反作用は集中巻に比べて周方向に比較的なめらかに分布することになり、高次の電磁力高調波成分が低減された構造になっている。このため、集中巻に比べると、より静かな回転電機として機能できる。
【００８７】
なお、図２８の例は、固定子ティースが電気角３０度毎に１本配置し、コイルターンが固定子ティース４枚分に多重に巻く方式であるが、これは、２枚，３枚、あるいは５枚の固定子ティースに多重に巻く方式でも可能である。
【００８８】
次に他の実施例について説明する。図２８に示した実施例では電気角３６０度において、固定子に偶数ターンのコイルを巻回した例であるが、図２９で示す実施例は、奇数ターンのコイルを巻回した例である。以下に述べる事項の他は、上記実施例と同様である。
【００８９】
本実施例は、図２８の実施例に対して、固定子コイルの巻き方が異なる。図２８の実施例は、正巻きと逆巻きの２種類のコイル３１が巻かれており、それらが末端で直列接続された方式なのに対して、本実施例では、正巻きと逆巻きの２種類のコイル３１が一筆書きで直接連結された巻き方になっている。図２８の実施例では、正巻きコイル同士、あるいは逆巻きコイル同士が直接連結された形になっているため、電気角で１８０度の距離において無駄なコイル端部が生じるのに対して、本実施例は、正巻きコイルと逆巻きコイルが交互に接続されるため、無駄なコイル端部が生じず、コイルが実施例１に比べて有効に利用された形になっている。
【００９０】
ティース２１の半径方向のコイル配置に関して、各相のコイルが電気回路的に平等になっていることは、均等な三相交流系を構成する上で非常に好ましい。
【００９１】
図３０，図３１は、図２８の実施例、図２９の実施例で示した固定子コイルが３相系をなすとき、すべての相のコイルが全周で電気回路的に平等になるためのコイル巻き方の位置実施例を示すものである。コイルは固定子の半径方向に斜めに巻かれているために、相の違いによる半径方向位置の不平等性がほとんど発生せず、コイルインダクタンスをほぼ均等にすることができる。
【００９２】
ここで示した４つの実施例はいずれも単一の３相系であるが、高調波電磁力による騒音低減のために、３０度程度の位相差をもつ２重３相系を構成するのが効果的である。角度θを２０度＜θ＜３０度とする。２つの３相系Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｕ′，Ｖ′，Ｗ′を構成し、Ｕ′相コイルは、Ｕ相コイルに対して電気角θ位相を遅らせる。同様にＶ′相コイルは、Ｖ相コイルに対して電気角θ位相を遅らせ、Ｗ′相コイルは、Ｗ相コイルに対して電気角θ位相を遅らせる。図２８〜図３１に示した実施例で具体的に述べると、図２８〜図３１で示した固定子コイル３１をＵ相コイルとして、固定子ティース２１の１枚分右にずらした位置にＵ′コイルを同様に巻く。さらに３枚分右にずらした位置にＶコイルを同様に巻く。さらに１枚分右にずらした位置にＶ′コイルを同様に巻く。さらに３枚分右にずらした位置にＷコイルを同様に巻く。さらに１枚分右にずらした位置にＷ′コイルを同様に巻く。このようにして２重３相系を構成することができる。
【００９３】
上記実施例は、すなわち、周方向に複数の磁極が設けられた回転子と、回転子に空隙を介して配置された固定子と、を有し、固定子は、回転子の磁極がなす電気角３６０度以内に、同相のコイルターン及び固定子コアによって形成される固定子磁極が２つ配置されるようにコイルが巻回され、それぞれの固定子磁極を形成する前記コイルターンは周方向角度幅が電気角１８０度領域に設定され、各角度領域の中央部より狭い角度領域に多重のコイルターンをもたせ、２つの固定子磁極をなすコイルターンが互いに重ならないように設けられているとともに、隣接する固定子磁極が互いに逆極性をなすようにコイルターンが巻回されている固定子と、を有する回転電機である。
【００９４】
好ましくは、固定子は、固定子磁極をなす２つのコイルターンが互いに電気角１８０度ずらして設けられている回転電機である。
【００９５】
また好ましくは、固定子は、３つの相の固定子磁極を構成し、それぞれ電気角１２０度ずつずらして配置されている回転電機である。
【００９６】
また好ましくは、固定子は、１つのコイルターンがなす多重のコイルターンの周方向角度幅が電気角９０度、あるいは１２０度、もしくは１５０度である回転電機である。
【００９７】
また好ましくは、固定子は、各々のコイルターンの２つのスロット挿入部のうち、一方をスロットの回転子に近い位置に、他方をスロットの回転子から遠い位置に配置した回転電機である。
【００９８】
また好ましくは、固定子は、回転子の磁極によって定義される電気角３６０度以内に、２または２.５のターン数を有するコイルターンによって形成される同相の固定子磁極が２つ配置されるようにコイルが巻回されている回転電機である。
【００９９】
また好ましくは、固定子は、１つの固定子磁極を構成するために周方向角度幅が電気角１８０度をなすようにコイルを巻回した後、最後に挿入したスロットから電気角１８０度離れたスロットに当該コイルを挿入し、当該スロットから固定子磁極を構成するコイルターンとは逆向きに同相のコイルを巻回して他の固定子磁極を構成した回転電機である。
【０１００】
また好ましくは、固定子は、１つの固定子磁極を構成するために周方向角度幅が電気角１８０度をなすようにコイルを半整数回巻回した後、最後に挿入したスロットから電気角１８０度離れたスロットに当該コイルを挿入し、当該スロットから固定子磁極を構成するコイルターンとは逆向きに同相のコイルを巻回して他の固定子磁極を構成した回転電機である。
【０１０１】
また好ましくは、固定子は、コイルをその周方向角度幅が電気角１８０度をなすように巻回して正巻きの固定子磁極を構成し、当該コイルが最後に挿入されたスロットから電気角１８０度離れたスロットに当該コイルを挿入して正巻きの固定子磁極を構成するコイルターンと同じ向きにコイルを巻回して次の正巻きの固定子磁極を構成するとともに、正巻きのコイルで越えた電気角１８０度内に、正巻きの固定子磁極とは位相が１８０度ずれるように、コイルをその周方向角度幅が電気角１８０度をなすように正巻きの固定子磁極とは逆巻きに巻回して逆巻きの固定子磁極を構成し、当該コイルが最後に挿入されたスロットから電気角１８０度離れたスロットに当該コイルを挿入して、当該スロットから、逆巻きの固定子磁極を構成するコイルターンと同じ向きにコイルを巻回して次の逆巻きの固定子磁極を構成した回転電機である。
【０１０２】
また好ましくは、上記において、正巻きのコイル及び逆巻きのコイルとは異なる他のコイルを、正巻きおよび逆巻きのコイルターンそれぞれが挿入されている２つのスロットのいずれか一方に挿入するとともに、電気角１８０度の位相差をなす波巻に巻回した回転電機である。
【０１０３】
また好ましくは、固定子は、コイルをその周方向角度幅が電気角１８０度をなすように波巻に巻回して正巻きの固定子磁極を構成し、当該コイルが最後に挿入されたスロットから電気角１８０度離れたスロットに当該コイルを挿入して、正巻きの固定子磁極を構成するコイルターンと同じ向きにコイルを波巻に巻回して次の正巻きの固定子磁極を構成するとともに、正巻きのコイルで越えた電気角１８０度内に、正巻きの固定子磁極とは位相が１８０度ずれるように、コイルをその周方向角度幅が電気角１８０度をなすようにコイルを正巻きの固定子磁極とは逆巻きに波巻に巻回して逆巻きの固定子磁極を構成し、当該コイルが最後に挿入されたスロットから電気角１８０度離れたスロットに当該コイルを挿入して、逆巻きの固定子磁極を構成するコイルターンと同じ向きにコイルを波巻に巻回して次の逆巻きの固定子磁極を構成した回転電機である。
【０１０４】
また好ましくは、周方向に複数の磁極が設けられた回転子と、上記の第１の巻線群と、第１の巻線群と同じ構造の第２の巻線群を有し、第１の巻線群と、第２の巻線群は、互いに電気角が２０〜４０度ずれるように配置されている固定子と、を有する回転電機である。
【０１０５】
また好ましくは、上記において、第１の巻線群と第２の巻線群は、それぞれ３つの相の前記固定子磁極を構成し、第１の巻線群と第２の巻線群の互いに電気角２０〜４０度ずれている相の巻線は、当該相の巻線同士が互いに隣り合ったティースに巻回されるとともに、コイルエンド部において互いに交わらないようにスロットの回転子に近い位置と回転子から遠い位置にそれぞれ挿入されている回転電機である。また好ましくは、固定子は、電気角３６０度あたり１２のスロットを有し、１つのコイルターンがなす周方向角度幅が電気角９０度、あるいは１２０度、もしくは１５０度である回転電機である。
【０１０６】
また好ましくは、周方向に複数の磁極が設けられた回転子と、上記の第１の巻線群と、第１の巻線群と異なる構造の第２の巻線群を有し、第１の巻線群と、第２の巻線群は、互いに電気角が２０〜４０度ずれるように配置されているとともに、各スロットに挿入されているコイルの数が等しい固定子と、を有する回転電機である。
【符号の説明】
【０１０７】
１  回転子
２  固定子
２１  ティース
３１，３１１，３１２，３１３  Ｕ相コイル
３１Ａ  三相系Ａコイル
３１Ｂ  三相系Ｂコイル
３２，３２１，３２２，３２３  Ｖ相コイル
３３，３３１，３３２，３３３  Ｗ相コイル
９１，９２  固定子磁極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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